基于ARM平台的精密时间基准测试仪数据处理模块的设计与实现

摘要

时间基准测量在科研、经济和国防中起着重要的作用。时间基准测量的发展将有力地推动我国航天、信息业和导航的发展。为满足火箭发射场和常规武器测试中对时间同步的严苛要求，需实现高准确度时间基准测量。本文以我国具有自主产权的北斗系统为基础，同时结合GPS系统，设计了一种基于ARM平台的GPS与北斗相结合的双模卫星授时仪器——精密时间基准测试仪。重点研究了精密时间基准测试仪数据处理模块。精密时间基准测试仪接收GPS和北斗的时间信息，并以此为基准，进行授时、时间间隔测量和频率测量三大功能。本论文以总装备部的精密时间基准测试仪项目为基础，作者有幸参与此项目，对精密时间基准测试仪数据处理方面进行了研究并撰写本篇论文。论文主要内容如下:
　　首先对授时技术和时间间隔测量技术的国内外发展现状和发展趋势进行了详细介绍。然后介绍精密时间基准测试仪的总体组成，详细分析了各功能模块的功能，重点从硬件连接的角度，分析了精密时间基准测试仪各模块间的连接关系及实现的功能。根据项目需求，在ARM平台上选择了Win CE系统作为上位机的操作系统，并根据实际需求对Win CE系统进行了裁剪和定制。
　　接下来，针对精密时间基准测试仪的功能需求，进行了应用软件设计。设计并实现了不同工作模式下，数据处理、显示、保存及本地信号与GPS秒脉冲时间间隔信息的动态绘图功能。为了适应对软件的通用性、可移植性的要求，对精密时间基准测试仪的部分软件功能进行了封装，主要包括类的封装和自定义控件的封装。
　　最后，运用滑动移窗的莱以特准则，对计数器计数误差造成的TDC测量数据中的野值进行了剔除，在剔除野值的过程中同时对测量结果进行了平滑处理，提高了系统测量精度。输入频率信号与标准频率信号存在差别，利用精密时间基准测试仪的频率测量功能，以GPS秒脉冲为基准，对输入频率信号分频的实际值进行了测量。通过实验结果分析出了输入频率信号与标准信号偏差的主要原因。
　　项目成功研制出了高精度、高稳定性的符合技术指标的时间基准测试仪，授时误差小于100ns。精密时间基准测试仪内置GPS、北斗授时接收功能，采用先进的时间间隔测量技术，可以实现纳秒级测量精度，而且智能化程度高、操作方便、高度集成、便于携带、输入输出功能齐全。不仅可以用于武器试验靶场的同步精度误差测试，还可以广泛应用于航天发射、电力电信等需要高精度时间同步的行业和场合。

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中文摘要

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1 绪论

1.1课题来源

1.2时间同步系统和时统设备

1. 3研究目的及意义

1.4 国内外授时技术发展现状

1.5 本文内容及工作安排

2 精密时间基准测试仪系统分析

2.1总体设计

2.2精密时间基准测试仪硬件组成及功能分析

2.3精密时间基准测试仪上位机软件的设计与实现

2.4本章小结

3Windows CE系统定制与BSP开发

3.1Windows CE操作系统的体系结构及特点

3.2Windows CE系统开发

3.3Windows CE内核定制流程

3.4 BSP开发

3.5本章小结

4 精密时间基准测试仪应用软件设计

4.1应用软件功能组成

4.2软件功能模块的封装

4.3本章小结

5 精密时间基准测试仪的数据处理

5.1 TDC测量数据粗大误差的剔除

5.2输入频率信号与标准频率信号偏差的来源分析

5.3本章小结

6 总结与展望

6.1工作总结

6.2课题展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢